专利名称：平面天线结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以在移动通信设备中使用的双频段平面天线结构。
近年来，在应用大约2GHz左右的频段以后，移动通信设备，特别是运行在两个频段上的移动通信设备变得更流行了。较低的频段通常是GSM(全球移动通信系统)系统使用的890-960MHz，或是美国AMPS(高级移动电话系统)网络使用的824-894MHz。较高的工作频段可以是DCS(数字蜂窝系统)和PCN(个人通信网)使用的1710-1880MHz，或是PCS(个人通信系统)使用的1850-1990MHz。将来的UMTS(通用移动电信系统)已在1900-2170MHz范围内分配了发送和接收频带。因此，很明显，工作频带可以很宽，这给移动通信设备的天线提出了附加的要求。
从现有技术可获知多种具有至少两个工作频段的天线结构。移动通信设备使用各种组合天线，例如，鞭状天线和螺旋天线的组合，以及鞭状天线和平面倒F形天线(PIFA)的组合。此外，已经知道PIFA型天线本身就工作在两个频段。
图1示出了一个这样的现有技术的天线结构。它包括辐射板110、平行于所述辐射板的接地板120、和在这两个板之间的短路元件102。在本例中，天线是在其边缘的一个位置101处馈入的。辐射板110在其上具有相当窄的缝隙115，它从辐射板的一个边缘开始，作出一个长方形拐弯，并延伸到紧靠馈入位置101。从馈入位置看，缝隙115把平板110划分成两个分部111和112。能工作在两个频段上是基于这样的事实这两个分部具有十分不同的谐振频率。天线匹配可以通过改变馈入位置101以及短路102位置来进行调整。天线谐振频率的所需数值可以通过改变缝隙115的位置和其上的拐弯数目而得到。该结构的缺点在于，它很难在两个运行频段上实现足够的带宽。频带可以通过增加辐射板与接地板之间的距离而加宽，但这种安排有使得天线太大的缺点。
本发明的主要目的是改进双频段PIFA的频带特性。本发明结构的特征由独立权利要求1给出。本发明的优选实施方案在其它的权利要求中给出。
简略地说，本发明如下在PIFA的辐射元件中，提供了由两个不同宽度的部分组成的缝隙。缝隙较宽的部分的一端接近于辐射元件的馈入点。缝隙较窄的部分从较宽部分上的一点开始，并延伸到辐射元件的边缘。缝隙部分有利地为直的，但较窄的部分可以在其上具有拐弯，以便形成辐射元件的分部。两缝隙部分的宽度比值为3左右。
本发明的优点在于，双频段PIFA的带宽可以做得大于相同尺寸的现有技术结构的带宽。本发明的另一个优点在于，本发明的结构很简单，以及具有相当低的制造成本。
现在将详细描述本发明。参照附图，其中图1示出了按照现有技术的PIFA的例子，图2示出了按照本发明的PIFA的例子，图3a示出了缝隙较窄部分对天线特性的影响的例子，图3b示出了缝隙部分的宽度比值对天线带宽的影响的例子，图4示出了按照本发明的另一个辐射元件的形状，以及图5示出了安装有本发明天线的移动通信设备的例子。
结合现有技术的说明已对图1作出了讨论。
图2示出了按照本发明的天线结构的例子，图上为简单起见，没有示出任何支撑结构。天线200包括辐射元件210，接地板220，和在这二者之间的短路元件202。天线馈线201的外导体从图的下方连接到接地板上。天线馈线的内导体通过接地板上的开孔在点S处连接到辐射板210上，在这个图上，点S靠近辐射元件的前部边缘。本发明的实质是辐射元件中的缝隙形状。该缝隙由两个部分组成。第一部分216是具有宽度为w1的长方形，其长边被纵向地放置。缝隙的第一部分216完全位于元件210的区域内，且它延伸到相当接近于元件馈入点S。在本例中，缝隙的第二部分也是长方形的。第二部分在第一部分216的长边上开了一道口，并横向地延伸到辐射元件的左面纵向边缘。第二部分217的宽度是w2。从馈入点S看来，第一和第二部分一起把辐射元件210划分成具有不同谐振频率的两个分部211和212。
在本说明中和权利要求中，横方向是指辐射元件的前面边缘的方向，即最靠近馈入点S的边缘的方向。相反地，在本说明中和权利要求中，纵方向是指基本垂直于辐射元件横方向的方向。
在按照本发明的结构中，缝隙部分的宽度w1和w2是相当大的，这是为了增加天线带宽的目的。把缝隙做得更宽，减小了分部211和212之间的耦合，这使得带宽更大。而且，另一种辐射机理开始以很大程度而作用到天线上对于分部211和212、以及它们在缝隙217中的相互电容，当它们被做成适当的尺寸时，便可在高工作频段上起到环路天线的作用，这可被用来使高工作频段变得更宽。
图2所示结构的有利尺寸为辐射元件210的横向长度s1是20mm，辐射元件的纵向长度s2是35mm，以及天线结构的高度h是5-6mm。
图3a示出了辐射元件中缝隙的第二部分(即，较窄部分)宽度w2对天线的带宽特性的影响。图上示出的是较低工作频带△B1、较高工作频带△B2、以及较高和较低工作频段的中心频率比值f2/f1等对缝隙第二部分宽度的函数。当缝隙宽度w2从0.6mm增加到2.8mm时，较低工作频带的宽度△B1增加略高于20％，它一开始相当快速地增加，在结尾处变得较为缓慢。较高工作频带的宽度△B2增加约10％，一开始较慢增加，在结尾处增加较快。当缝隙宽度w2从0.6mm增加到2.8mm时，较高和较低工作频段的中心频率比值f2/f1从约1.85增加到约2.1。这些结果对于缝隙第一部分的宽度w1为4.5mm的天线尺寸是正确的。
图3b示出了辐射元件中缝隙各部分的宽度比值对天线带宽的影响。图上示出了缝隙宽度的比值w1/w2从1增加到7时，较低工作频带的宽度△B1降低约25％，一开始降低较慢，在结尾处降低较快。同样地，当缝隙宽度的比值w1/w2从1增加到6时，较高工作频带的宽度△B2增加约40％，一开始增加相当快，在结尾处增加较慢。随着比值w1/w2进一步增加，带宽△B2开始慢慢地降低。
现有技术相应于辐射元件内各缝隙部分宽度都相当小(远低于1mm)的一种结构。图3a和3b示出了，本发明的结构使带宽有可能大于20％，至少对于较高工作频段是如此。例如，假定想要的中心频率是f1=925MHz和f2=1795MHz。则比值f2/f1是1.94。按照图3a，这相应于宽度w2大约为1.3mm。如果宽度w1是4.5mm，如图3b所示，则比值w1/w2大约是3.4。与想象的情形(其中宽度w1和w2均为0.6mm)相比，较低工作频带的宽度B1内的增加大约是10-2=8％，而较高工作频带的宽度B2的增加大约是29+1=30％。
实际上，天线的尺寸不是直接从图3a和3b的曲线得出的。首先，对于宽度w1要选择一个相当大的数值。然后找到宽度w2的一个数值，以使得频率比值f2/f1正确。该过程被迭代地进行，直至频率值f1和f2以及它们的比值都正确。其目标是使缝隙宽度的比值w1/w2位于2和4之间。这确保了较高工作频带的宽度B2内将有相当大的增加，而在较低工作频带的宽度B1内，所产生的减小将不会大大低于在宽度w2较大时的值。
图4示出了几种替换的辐射元件形状。最左面的子图(a)示出了相应于图2的形状。在该形状中，缝隙的较宽部分(即第一部分)相对于辐射元件410是纵向的，而且相当靠近元件410的纵向边缘，它示出在该图的较下方。缝隙的较窄部分(即第二部分)大约在第一部分的中间开始，而且横向和直接地延伸到元件410的纵向边缘上，图上示出它在较上方。子图(b)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最靠近元件馈入点S)的位置起始。子图(c)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最远离元件的馈入点S)的位置起始。子图(d)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最远离元件馈入点S)的位置起始，并倾斜地延长，且在最接近馈入点边缘处的元件纵向边缘处开出口子。子图(e)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最靠近元件馈入点S)的位置起始，并倾斜地延长，且在接近于边缘(该边缘与馈入点相对)的元件纵向边缘处开出口子。子图(f)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从第一部分最靠近元件馈入点S的末端起始，作一个长方形的转弯，并横向地延伸到元件上方的纵向边缘。子图(g)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最靠近元件馈入点S)的位置横向地起始，朝着元件的相反端纵向地延长，最后横向地延伸到元件上方的纵向边缘。子图(h)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端与元件馈入点S相对)的位置横向地起始，朝着最靠近元件馈入点的一端纵向地延长，最后横向地延伸到元件上方的纵向边缘。子图(i)示出了一种形状，其中，缝隙的第二部分从接近于第一部分末端(该末端最远离元件馈入点S)的位置起始，并且以曲线到达最靠近馈入点的元件边缘。
图5示出了移动通信设备500。它包括按照本发明的天线200，该天线整个地被放置在移动通信设备的机壳内。
以上描述了本发明的基本解决办法及其某些方案。就辐射元件的设计来说，本发明并不局限于所描述的解决办法。而且，本发明既不限制平板天线的其它结构的解决办法，也不限制它的制造方法。本发明的思想可以以不同的方式被应用，但不会脱离独立权利要求1规定的范围。
权利要求
1．一种天线结构，包括辐射板和接地板，所述辐射板具有延伸到其边缘的缝隙，以便建立两个分开的工作频段，其特征在于所述缝隙包括第一部分(216)，它基本上是纵向的且延伸到辐射元件(210)的馈入点(S)附近，以及第二部分(217)，其一端的开口伸至所述第一部分内，另一端的开口则伸至辐射元件的边缘，第一部分宽度与第二部分宽度的比值大于1.5。
2．权利要求1的结构，其中所述第一部分的形状基本似长方形，该长方形的短边是上述第一部分的宽度，其特征在于，第一部分与第二部分在第一部分的长边上相交。
3．权利要求1的结构，其中所述第一部分的形状基本似长方形，该长方形的短边是上述第一部分的宽度，其特征在于，第一部分与第二部分在第一部分的短边上相交。
4．权利要求1的结构，其特征在于，所述第二部分基本上是直的。
5．权利要求1的结构，其特征在于，所述第二部分至少具有一个基本呈直角的拐弯。
6．权利要求1的结构，其特征在于，所述第一部分宽度与第二部分宽度的比值大于2和小于4。
7．一种无线电设备(500)，其特征在于，它的天线(200)包括辐射板和接地板，该辐射板具有缝隙，以便建立两个分开的工作频段，该缝隙包括基本为纵向且延伸到辐射元件的馈入点附近的第一部分，以及第二部分，该第二部分一端的开口伸至所述第一部分内，另一端则伸至辐射元件的边缘，第一部分宽度与第二部分宽度的比值大于1.5。
全文摘要
本发明涉及一种双频段平面天线的结构。平面天线(200)中的辐射元件(210)具有一个由两种不同宽度的部分组成的缝隙。缝隙的较宽部分(216)的一端接近于辐射元件的馈入点(S)。缝隙的较窄部分(217)从较宽部分上的一点起始,延伸到辐射元件的边缘。缝隙的两个部分有利地为直的。两个部分的宽度比值(w1/w2)的数量级是3。本发明的优点在于,双频段平面天线的带宽大于同样尺寸的现有技术结构的带宽。
文档编号H01Q1/24GK1286508SQ0012602
公开日2001年3月7日 申请日期2000年8月24日 优先权日1999年8月25日
发明者P·安纳马尔 申请人:菲尔特朗尼克Lk公司